DE2351856A1

DE2351856A1 - Hydrostatische kolbenmaschine

Info

Publication number: DE2351856A1
Application number: DE19732351856
Authority: DE
Inventors: Anton Steiger
Original assignee: Sulzer AG
Current assignee: Sulzer AG
Priority date: 1973-10-10
Filing date: 1973-10-16
Publication date: 1975-04-17
Also published as: ATA733874A; DE2351856B2; JPS5065704A; GB1470416A; NL161844B; FR2247626B1; NL7314837A; IT1022759B; CH570541A5; BE820845A; US3945303A; FR2247626A1; SE7412693L; AT331641B; DE2351856C3; JPS5653081B2; NL161844C; ES430550A1

Description

Gebrüder Sulzer Aktjengesellschaft, Winterthur/Schweiz

Hydrostatische Kolbenmaschine

Die Erfindung betrifft eine hydrostatische Kolbenmaschine mit einem um einen Zapfen drehbaren Zylinderblock, in welchem radial zum Zapfen am. Umfang des Zylinderblocks, verteilte Kolben geführt sind, wobei die Kolben an ihren äusseren Enden" Füsse. mit ebenen Stützflächen aufweisen, die entlang ebener Führungsflachen eines Führungsteiles geführt sind, die tangential zu einem Kreis angeordnet sind, der zur Achse des Zylinderblocks exzentrisch ist.

Eine derartige Kolbenmaschine ist z.B. aus der DT-OS 2.134.944 bekannt. Bei dieser bekannten Maschine ist eine Führungsvorrichtung erforderlich, welche radiale Relativbewegungen des Zylinderblocks gegenüber dem Führungsteil zulässt, eine gegenseitige Drehbewegung jedoch verhindert. Diese Führungsvorrichtung welche eine Komplikation für die Maschine bedeutet, hat den Nachteil, dass sie eine Ueber-

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bestimmung für die Führung der Kolben darstellt, was insbesondere zu einer Gefahr ihrer Verklemmung in den Zylinderbohrungen des Zylinderblocks führt. Ausserdem können durch die bekannte Führungsanordnung nicht Coriolis-Beschleunigungen aufgenommen werden, welche/ bei jeder Umdrehung der Maschine auftreten und eine Tendenz zu einer Kippbewegung der Kolben gegenüber ihren Zylindern und gleichzeitig der Stützflächen der' Füsse gegenüber den Führungsflächen verursachen. Diese Beschleunigungen rufen Kräfte hervor, welche sich auf den Betrieb der Maschine nachteilig auswirken können.

Die Erfindung hat die Schaffung einer Kolbenmaschine zum Ziel, welche die erwähnten Nachteile nicht aufweist, bei welcher die Kolben mit ihren Achsen jeweils senkrecht zu den ihnen zugeordneten Führungsflächen gehalten werden, so dass jederzeit eine einwandfreie hydrostatische Abstützung der Kolbenfüsse auf den Führungsflächen möglich ist. Dabei soll auf den Führungsmechanismus verzichtet werden können, wobei noch zusätzlich die Führungslänge der Kolben im Zylinder extrem kurz gehalten werden kann, was zu kleinen Abmessungen der Maschine führt.

Die erfindungsgemässe Kolbenmaschine, durch welche dieses Ziel erreicht wird, ist dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen der Kolben mit hydrostatischen Stabilisieranordnungen versehen sind, welche im Betrieb gewährleisten,

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dass die Kolben mit ihren Achsen senkrecht zu den ihnen zugeordneten Führungsflächen stehen.

Vorzugsweise können dabei die Stützflächen rechteckig und mit ihrer grösseren Dimension in der Umfangsrichtung der Maschine angeordnet sein, wobei die Füsse in dieser Richtung verlaufende Führungsleisten aufweisen, die mit Führungsleisten des Führungsteiles zusammenwirken und eine Entfernung der Stützflächen von den Führungsflächen bei ungünstigen Betriebsbedingungen gewährleisten. Durch diese Massnahme wird ein Kippen der Kolben und ein Abheben der Stützflächen von den Führungsflächen auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen verhindert, wenn z.B. wegen zu kleiner Drücke des hydraulischen Mediums die hydrostatische Stabilisierung unwirksam ist.

Zur hydrostatischen Stabilisierung können die Stützflächen mit Zuführöffnungen für das hydraulische Druckmittel versehen sein, die sich gleichmassig an von der Kolbenachse entfernten Stellen der Füsse befinden und durch getrennte Drosselkanäle mit der Stirnfläche des Kolbens verbunden sind.

Die Zuführöffnungen können z.B. hydrostatische Tragtaschen bilden, die sich ausserhalb der Achse des Kolbens befinden. Vorzugsweise kann jedoch die Anordnung so getroffen werden, dass die Stützflächaiim Bereich der Kolbenachse mit einer mit dieser konzentrischen, hydrostatischen Tragtasche versehen sind,die zur Aufnahme eines wesentlichen Tei-

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les der axialen Belastung des Kolbens dient, und dass in den Eckbereichen der rechteckigen Stützflächen Mündungen von Bohrungen angeordnet sind, die in gleicher Weise wie die Tragtasche über Drosselkanäle mit der Stirnfläche des Kolbens verbunden sind.

Bei einer solchen Anordnung wird die Hauptbelastung aus der Kolbenkraft direkt im Bereich der Kolbenachse aufgenommen. Die zentrale Tragtasche kann dabei von einer breiten Stützfläche umgeben sein, welche einerseits die hydraulischen Verluste durch ausströmendes OeI bedeutend vermindert und gleichzeitig bei ungünstigen Betriebsbedingungen, wie z.B. niedrigem Zylinderdruck, durch den Quetscheffekt des zwischen der Stützfläche des Kolbens und der Führungsfläche des Führungsteiles befindlichen Oeles eine metallische Berührung dieser Flächen verhindert. Das durch die Mündungen zugeführte Druckmittel gewährleistet dabei die gewünschte Stabilisierung, wobei sich günstig auswirkt, dass diese Mündungen in einer grossen Entfernung von der Kolbenachse liegen können und somit einen grossen Hebelarm aufweisen. Dadurch wird einerseits das Moment der hydraulischen Kraft gross, andererseits wird gleichzeitig eine grosse Spaltänderung bei Schrägstellungen des Kolbens registriert.

Dabei können die Füsse der Kolben mit in der Richtung der grösseren Dimension der Stützflächen verlaufexiden, zueinander parallel und zu den Stützflächen senkrechten, seitlichen Führungsflächen versehen sein, die entlang entsprechender Führungsflächen des Führungsteiles geführt sind.

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Dadurch wird eine Führung der Kolben in tangentialer Richtung der Maschine unter Vermeidung von Klemmen bzw. Kanten bewirkt.

Im Bereich der Hohlkehle zwisehen den ebenen Führungsflächen und den seitlichen Führungsflächen des Führungsteiles können Kanäle für die Ableitung des hydraulischen Druckmittels ausgebildet sein. Durch diese Massnahme wird gewährleistet, dass das zur hydrostatischen Abstützung des Kolbenfusses dienende Druckmittel an allen Seiten des Kolbenfusses Ungehindert abströmen kann.

Die Drosselkanäle, an welche die Tragtasche und die Bohrungen zur hydrostatischen Stabilisierung angeschlossen sind, können vorzugsweise in einem Zapfen ausgebildet sein, der im Kolben befestigt ist.

Dadurch wird eine einfache Herstellung der Drosselkanäle erzielt, bei gleichzeitiger Möglichkeit einer einfachen Veränderung des Querschnittes der Drosselkanäle, z.B. durch' Austausch oder Nachbearbeitung des Zapfens.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Ausführungsbeispieles erläutert.

Es zeigt: ' *

Fig.1 einen schematischen Teilschnitt einer erfin-

dungsgemässen Kolbenmaschine in Achsenrichtung des Zylinderblocks und des Führungsteiles betrachtet,

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™" Ό "·

Fig.2 einen Teilschnitt nach der Linie II - II in

der Fig.1,
Fig.3 einen Schnitt des Kolbens aus der Fig.2 in

grösserem Massstab,

Fig.4 den Schnitt IV- IV aus der Fig.3,
Fig.5 eine Ansicht des Kolbens aus der Fig.4, in

der Richtung des Pfeiles P betrachtet und in

kleinerem Massstab und
Fig.6 eine der Fig.5 entsprechende Ansicht einer

anderen Ausführungsform des Kolbens/

Die Fig.1 zeigt einen Teilschnitt einer Kolbenmaschine, v/ie sie z.B. aus der DT-OS 2.131 .944 bekannt ist. In der Fig.1 ist ein Teil eines Blocks 1 dargestellt, der mehrere radiale Zylinderbohrungen 2 aufweist, in welchen
Kolben 3 geführt sind. Die Kolben 3 sind mit Kolbenfüssen versehen", welche Stützflächen 5 haben, die entlang ebener Führungsflächen 5 eines trommelförmigen Führungsteiles 7
geführt sind.

Der Führungsteil 7 ist um eine Achse drehbar, die zur Achse des Zylinderblocks 1 parallel ist, jedoch von dieser um eine Exzentrizität entfernt ist. Wenn sich im Betrieb der Führungsteil 7 und der Zylinderblock 1 gemeinsam um
ihre Achsen drehen, entstehen dadurch hin und her gehende Hubbewegungen der Kolben 3 in ihren Zylinderbohrungen 2.

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Viie aus den Fig.3, 4 und 5 hervorgeht, ist der Fuss 4 des Kolbens 3 mit einer zentralen, hydrostatischen Tragtasche 10 versehen, die durch einen" Drosselkanal 11 mit der Stirnfläche 12 des Kolbens 3 und somit dem Zylinderraum der Zylinderbohrung 2 verbunden ist. Ausserdem sind in den Eckbereichen des Fusses 4 Mündungen. 13 von Kanälen 15 ausgebildet, die durch Drosselkanäle 14 ebenfalls mit dem Zylinderraum verbunden sind. Wie aus den Fig.3 und 4 hervorgeht, sind die. Drosselkanäle 11 und 14 in einem Zapfen 16 ausgebildet, der im Kolben 3 befestigt ist. . .

Der Fuss 4 und die Stützfläche 5 sind rechteckig, wobei die grössere Dimension des Fusses in der Umfangsrichtung der Maschine angeordnet ist. Mit der Hilfe dieser Anordnung wird eine besonders hohe Stabilität der Kolben in der Umfangsrichtung der Maschine erhalten, die zur gegenseitigen Führung des Zylinderblocks 1 und des Führungsteiles 7 im Betrieb erforderlich ist.

Der Kolben 3 hat eine Achse A, die im Betrieb senkrecht zu der ihm zugeordneten Führungsfläche 6 des Führungsteiles 7 steht.

Bei einem derart ausgebildeten Kolben wird die auf die Stirnfläche 12 des Kolbens wirkende Kraft direkt durch das hydrostatische Polster der Tasche 10 abgestützt. Diese Tasche ist von einer verhältnismässig grossen Stützfläche 5

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umgeben, welche zusammen mit der Führungsfläche 6 des FUhrungsteiles 7 einen Lagerspalt bildet, in dem sich im Betrieb das Druckmittel, z.B. OeI, befindet. Die grosse Stützfläche hat zur Folge, dass durch den langen Spalt nur wenig OeI aus der Tasche 10 nach aussen ausfliessen kann.

Die Mündungen 13, aus welchen ebenfalls Drucköl austreten kann, dienen zur Stabilisierung des Kolbens 3 gegenüber dem Führungsteil 7. Diese befinden sich an einem gros.son Hebelarm bezüglich der Achse des Kolbens 3, so dass durch sie ein grosses Stützmoment hervorgerufen werden kann.

V/ie noch aus den Fig.1, 2 und 3 der Zeichnung hervorgeht, ist der Fuss A des Kolbens mit seitlichen Führungsflächen 20 versehen, die mit entsprechenden Führungsflächeri 21 des Führungsteiles 7 zusammenwirken. Die Führungsflächen dienen zur Parallelführung des Kolbenfusses im Führungsteil 7. Ausserdem ist an mindestens einer Seite des Kolbenfusses A eine Führungsleiste 22 ausgebildet, die mit einer Leiste 23 des Führungsteiles 7 zusammenwirkt. Die Führungsleisten 22 und 23 verhindern ein Abheben bzw. seitliches Abkippen des Kolbens 3 mit dem Kolbenfuss von der Führungsfläche 6. Die Gefahr einer derartigen Bewegung besteht beim Leerlauf der Maschine mit hohen Drehzahlen, wobei auf die Kolben grosse Beschleunigungskräfte einwirken, der im Zylinder 2 wirkende Druck jedoch klein ist.

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Wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, sind im Bereich der Hohlkehle zwischen der Führungεfläche 6 und den seitlichen Führungsflächen 21 des Führungsteiles 7 Kanäle 24 angeordnet. Diese dienen zur Ableitung des seitlich durch den Spalt zwischen den Flächen 5 und 6 austretenden Druckmittels. Die Kanäle gewährleisten einen ungestörten Austritt des Oeles und somit eine einwandfreie Funktion der hydrostatischen Abstützung des Fusses.

Obwohl in den Figuren 3 und 5 eine Ausführung eines Kolbens mit vier Mündungen 13 zum seitlichen Abstützen des Kolbens mit der Hilfe von hydrostatischein Flüssigkeitsdruck dargestellt ist, versteht sich, dass die hydrostatische Stabilisieranordnung auch auf eine andere Weise ausgebildet sein kann. So genügen nach der Fig.6 im Prinzip nur zwei Mündungen 13', die in der Umfangsrichtang--d„ejn,„Mas chine seitlich von der Achse A des Kolbens 3 angeordnet sind. Es versteht sich, dass auch die zentrale Tasche 10 weggelassen werden kann, und dass an ihrer Stelle z.B. zwei oder mehrere Taschen vorgesehen werden können, die sich z.B. an den Stellen der Mündungen 13 bzw. 13' befinden können.

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Claims

Patentansprüche

1J Hydrostatische Kolbenmaschine mit einem um einen Zapfen drehbaren Zylinderblock, in welchem radial zum Zapfen am Umfang des Zylinderblocks verteilte Kolben geführt sind, wobei die Kolben an ihren äusseren Enden Füsse mit ebenen Stützflächen aufweisen, die entlang ebener Führungcf!lachen eines Führungsteiles geführt sind, die tangential zu einem Kreis angeordnet sind, der zur Achse des Zylinderblocks exzentrisch ist, dadurch gel: ennzeichnet , dass die Stützflächen (5) der Kolben (3) mit hydrostatischen Stabilisieranordnungen (10, 13, 1.3') versehen sind, Vielehe im Betrieb gewährleisten, dass die Kolben (3) mit ihren Achsen (A) senkrecht zu den ihnen zugeordneten Führungsflächen (6) stehen.
2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (5) rechteckig und mit ihrer grösseren Dimension in der Unifangsrichtung der Maschine angeordnet sind, und dass die Füsse (4) in dieser Richtung verlaufende Führungsleisten (22) aufweisen, die mit Führungsleisten (23) des Führungsteiles (7) zusammenwirken und eine Entfernimg der Stützflächen (5) von den Führungsflächen (6) verhindern.
3. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützfläche (5) mit Zufünröffnungen (13, 13') für das

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hydraulische Druckmittel versehen sind, die sich gleichmassig verteilt an von der Kolbenachse (A) entfernten Stellen der Füsse (.4) befinden und durch getrennte Drosselkanäle (14) mit der Stirnfläche (12)des Kolbens (3) verbunden sind.
4. Maschine nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stützflächen (5) im Bereich der Kolbenachse (A) mit einer mit dieser konzentrischen, hydrostatischen Tragtasche (10) versehen sind, die zur Aufnahme eines wesentlichen Teiles der axialen Belastung des Kolbens (3) dient, und dass in den Eckbereichen der rechteckigen Stützflächen Mündungen (13) von Bohrungen (15) angeordnet sind, die in gleicher Weise vie die Tragtasche (10) über Drosselkanäle (11,14) mit der Stirnfläche (12) des Kolbens (3) verbunden sind.
5. Maschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füsse (4) der Kolben (3) mit in der Richtung der grösseren Dimension der Stützflächen (5) verlaufenden, zueinander parallelen und zu den Stützflächen (5) senkrechten, seitlichen Führungsflächen (20) versehen sind, die entlang entsprechender Führungsflächen (21) des Führungsteiles (7) geführt sind.
6. Maschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Hohlkehle zwischen den ebenen Führungsflächen (6) und den seitlichen Führungsflächen (21) des Führungsteiles (7) Kanäle (24) für die Ableitung des hydraulischen Druckmittels ausgebildet sind.

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7. Maschine nach Anspruch 4₅ dadurch gekennzeichnet, dass die Drosselstellen (11, 14) in einem Zapfen (16) ausgebildet sind, der im Kolben (3) befestigt ist.

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